Evaluation of a new type of impact damper for milling tool used in milling of dies

Orientador: Anselmo Eduardo DinizDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia MecânicaResumo: Na fabricação de moldes e matrizes requer-se o fresamento de cavidades profundas com geometrias complexas de aço endurecido. Para este processo são comumente utilizadas ferramentas com grande relação comprimento/diâmetro (L/D). Isso faz com que o processo de corte tenha alta tendência a gerar vibração. Vários sistemas de absorção da vibração (amortecedores) aplicados na ferramenta de corte vêm sendo estudados para favorecer a estabilidade do processo de corte, principalmente nos processos de torneamento. Para os processos de fresamento, devido a rotação da ferramenta, a aplicação de sistemas de amortecimento é mais complexa. Neste trabalho foi avaliado o uso e efetividade do amortecedor por efeito de impacto aplicado internamente à ferramenta de corte nas operações de fresamento em alta velocidade. Para isto foi usada uma fresa de ponta redonda com relação L/D = 7 usinando uma superfície curva, convexa, de aço AISI D6 com dureza de 60 HRC em duas trajetórias de corte (descendente e ascendente). Foram comparados os resultados de rugosidade da peça, variação das forças e desgaste da ferramenta ao utilizá-la sem e com o sistema de amortecimento por impacto. O trabalho foi dividido em o desenvolvimento da ferramenta com o sistema de amortecimento por impacto e duas etapas de experimentos. Na primeira etapa, os resultados mostraram a diferença de rugosidade da peça e variação dos esforços de corte ao utilizar a ferramenta com e sem o amortecedor por impacto, principalmente na região de contato ferramenta-peça com maior tendência a gerar vibração. Também, foi mostrada a influência do tamanho das esferas (utilizadas como elementos para produzir o impacto) no efeito de amortecimento. Na segunda etapa de ensaios, foram comparados os resultados de vida da ferramenta, variação das forças e rugosidade da peça no fim de vida das ferramentas sem amortecedor e com as esferas para o impacto que obtiveram os melhores resultados de amortecimento na primeira etapa de ensaios. Os resultados da segunda etapa mostraram que, a ferramenta com amortecimento obteve maior vida que sem amortecimento. Além disso, os resultados de rugosidade e variação das forças mostraram que a ferramenta com o amortecedor aplicado continuou amortecendo a vibração até o fim de vida, gerando menores rugosidades e variação das forças que a ferramenta sem amortecedorAbstract: In the manufacture of molds and dies it is necessary to mill deep cavities with complex geometries in hardened steel. For these processes is commonly used and tools with a large length/diameter ratio (L/D) are required. This condition causes the cutting process to have a high tendency to generate vibration. Several vibration absorption systems (dampers) have been studied to favor the stability of the cutting process, which are applied in the cutting tool mainly for turning processes. For milling processes, due to the rotation of the tool, the application of damping systems is more complex. However, recent work shows solutions for milling by applying vibration dampers. This work aims to verify the use and effectiveness of impact dampers applied internally to the cutting tool in high speed milling operations. For this, a spherical end mill with L/D = 7 ratio was used, machining a curved, convex surface of AISI D6 steel with a hardness of 60 HRC in two cutting trajectories (descending and ascending). Results of roughness of the workpiece, variation of cutting forces and tool wear when using the cutting tool with and without the damping system were compared. In addition, three diameters of steel spheres (used as elements to produce impact) were tested. This study presents the development of the tool with the impact damping system and two stages of experiments. In the first stage of the tests, the results showed differences in the workpiece roughness and variation of the cutting forces when using the tool with and without the impact damper, mainly in the region of tool-piece contact with a tendency to generate vibration. Also, the influence of the size of the spheres on the damping effect was shown. The second stage of the tests consists of a comparison for the tool life, cutting forces variation and roughness values at the end of tool life for the tool without damper and the tool using the sphere size that produced the best damping results in the first test stage. The results of the second stage showed that the tool with damping obtained a longer life than without damping. In addition, the results of roughness and cutting forces variation showed that the tool with the applied damping system continued damping the vibration until the end of life, generating smaller roughness and variation of the cutting forces that the tool without vibration damperMestradoMateriais e Processos de FabricaçãoMestre em Engenharia Mecânic